CC BY
12
УДК 361.371+621.311:636.51
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХООСУШИТЕЛЯ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
С.И.Иванов Г.Н.Самарин
В статье изложены актуальность и теоретические предпосылки для разработки и использования систем кондиционирования воздуха в животноводческих и птицеводческих помещениях с воздухоосушителем, работающего с использованием естественного холода.
Ключевые слова: относительная влажность, микроклимат, воздухоосуши-тель, продуктивность, ферма, естественный холод.
Основой продовольственной безопасности РФ является увеличение животноводческой продукции. Одним из направлений решения данной проблемы является - улучшение условий содержания животных, в том числе микроклимата животноводческих помещений. По мнению технологов, продуктивность животных на 50 - 60 % определяется кормами, на 15 - 20 % - уходом и на 10 - 30 % - микроклиматом животноводческого помещения. Существующие системы и средства поддержания микроклимата обладают рядом недостатков и несовершенны, из - за этого имеется значительный отход поголовья - до 10 - 15 %, снижение на 7 - 10 % его продуктивности.
Из рисунка 1 видно, что при высокой относительной влажности воздуха снижается удой коровы на 35% и повышается расход корма на 20%.
М, К, %
130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рис.1. Влияние относительной влажности внутреннего воздуха на удой коровы и расход корма
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
■Удой, М, % ■ Расход корма, К, %
фВ, %
По данным рисунка 2 мы видим, что при высокой относительной влажности воздуха (ф > 75%) снижаются привесы КРС (на 30%) и повышается расход корма (на 25%).
П, К, %
140 130 120 110 +100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рис.2. Влияние относительной влажности внутреннего воздуха на привесы КРС и расход корма
50
55
60
65
70
75
80
85
90
■ Привесы, П, %
■ Расход корма, К, %
95 100
фВ, %
Создание и поддержание микроклимата в животноводческих помещениях связаны с решением комплекса инженерно-технических задач и наряду с полноценным кормлением являются определяющим фактором в обеспечении здоровья животных, их воспроизводительной способности и получении от них максимального количества продукции высокого качества.
Мы предлагаем взять за основу, разработанную авторским коллективом, технологическую схему формирования оптимального микроклимата, одним из элементов которой является воздухоосушитель, работающий с использованием естественного холода. Технологическая схема системы микроклимата в телятнике представлена на рисунке 3.
Рис.3. Технологическая схема системы микроклимата в телятнике:
1 - смесительная камера воздухоосушителя; 2 - воздухоосушитель; 3 - камера орошения; 4 - электрокалориферная установка СФОЦ-60; 5 - воздухораспределительная система;
6 - электрокалориферы-доводчики
Автоматическая система кондиционирования воздуха (АСКВ) с кондиционером на принципе орошения работает при 75 % рециркуляции внутреннего воздуха. Рециркуляция внутреннего воздуха возможна, благодаря, наличию оросительной камеры, в которой происходит очистка воздуха от аммиака, углекислого газа, сероводорода пыли и микробных тел; в системе АСКВ применена новая технология обработки воздуха, которая заключается в следующем: выделяют две зоны обработки: нижнюю (станки с животными), где системой формируется нормативный микроклимата, а в верхней (потолочная зона) - формируется режим микроклимата, не допускающий создания конденсации влаги на стенах, потолке; другой особенностью работы АСКВ является то, что в данной системе для очистки воздуха от абсолютной влажности предусмотрен всасывающий воздуховод (воздухоосушитель), в который поступает смесь внутреннего и наружного холодного воздуха и на его стенках конденсируется водяные пары из воздуха помещения.
Процессы тепломассобмена в воздухоосушителе (см. рисунок 3) можно описать при помощи трех обобщенных уравнений:
1) Уравнение движения потока воздуха через установку, позволит определить сколько затратится энергии на перекачивание воздуха внутри воздухоосушите-ля, с учетом воздухаобмена;
2) Уравнение теплообмена, которое позволит определить конечную температуру воздуха на выходе из воздухоосушителя, исходя из площади поверхности и коэффициента эффективности теплообмена;
3) Уравнение массообмена, которое позволит определить количество конденсируемой влаги на наружную поверхность воздухоосушителя.
Математическая модель воздухоосушителя
Уравнения движения потока воздуха через установку
гаа29 Ар ,
-— = — = к -АР (1)
^ - ёх К 1 (1)
Уравнения теплообмена
= ^ = к2 (2) ^ Р2 - ёх Я2
<
Уравнения массообмена ёМ Аи ,
= * кз-Аи (3)
N = fl (L29 - АР^29, Р29, Fl*, (4)
^ tК(29) = ^ (GН29, GВ29, tН(29), tВ(29), F2 , Е ) (5) ^ цГ-^ -ШП
&К(29) = Ъ (GСМ29, фСМ29,
GН18 ) (6)
где G29 - массовый расход воздуха через установку, кг/с; А Р - разница давлений на входе и выходе установки, Па; k1 - коэффициент потерь давления при движении потока воздуха в установке, м-1; R1 - общее сопротивление установки движению потока воздуха, м; F1 - площадь поперечного сечения устал
новки, м (*); I - время движения, с.
где Q - количество теплоты, получаемое или теряемое поверхностью, Дж;
л
F2 - площадь поверхности, м (*); At - перепад температур между фазами, К; k2 - коэффициент теплопередачи, Вт/(м • К); R2 - теплосопротивление меж-
л
ду двумя фазами, (м2 • К) / Вт.
где М - количество распределяемого вещества, передаваемого из одной фазы в другую, кг; Ац - разность концентраций между фазами, кг/м ; k3 - коэффициент массопередачи, м/с; F3 - площадь контакта фаз, м2; R3 - сопротивление массообмену между фазами при переходе из одной фазы в другую, с/м.
где N - мощность привода; кВт; f1, f2, f3 - функционал; L29 - объемный расход воздуха через установку, м/с; £ - местный коэффициент сопротивления (*); tK(29) - конечная температура воздуха, К; GH29, GB29 - массовый расход наружного и внутреннего воздуха через установку, соответственно, кг/с; tH29, tB29 - температура наружного и внутреннего воздуха на входе в смесительную камеру, К; Е - коэффициент эффективности теплообмена (*); GK(29) - конечный расход смеси воздуха через установку; GCM29 - массовый расход смеси воздуха через установку, кг/с;фСМ29 - относительная влажность смеси воздуха, %; GH18 -конденсация влаги на наружной поверхности воздухоосушителя, кг/с (*); W - расход энергии, Дж.
(*) - указаны параметры, которые нами будут определены в ходе экспериментов.
Целевая функция оптимизации системы трех уравнений является максимальная производительность воздухоосушителя L29 ^ max при минимально возможных затратах энергии W ^ min.
Для решения вышеописанной математической модели, нами разработана и изготовлена (см. рисунок 4) экспериментальная установка, принципиальная схема которой представлена на рисунке 5.
Рис.4. Экспериментальная установка для исследования конструктивно-технологических параметров воздухоосушителя
Рис. 5. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 - тен, 2 - жалюзи, 3 - трубопровод, 4 - вентилятор, 5 - датчик температуры, 6 - датчик влажности, 7 - поддон
За счет центробежного вентилятора внутренний и наружный воздух поступал в смесительную камеру, далее в трубу воздухоосушителя длиной 4 м, благодаря заслонкам имелась возможность регулирования подачи внутреннего и наружного воздуха. При помощи аналого-цифрового преобразователя (L-CARD E-14-140M) и установленными на трубе датчиками (Sensor Technology) снимались показания температуры по всей длине воздухоосушителя.
Предварительно для оптимизации поперечного сечения воздухоосушителя мы рассмотрели 3 варианта поперечного сечения воздухоосушителя, они представлены на рисунке 6: круглое, овальное и треугольное сечения.
,Рис.6. Поперечные
сечение сечение сечение сечения, воздухоосшителя:
1 - воздуховод, 2 - каплеуловитель, 3 - электронные веси
Методика проведения эксперимента: экспериментальные образцы изготавливались из оцинкованной стали; было изготовлено три воздуховода длиной 500 мм, на них выливалось одинаковое количество воды (100 г), вода стекала в поддон, установленный на электронных весах. Каждые 10 с снимались показания с весов. По экспериментальным данным построены графики, которые представлены на рисунке 7.
г/с 4
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5
Рис.7. График изменения скорости движения влаги во времени
- круглое сечение
■ овальное сечение
-треугольное сечение
Вывод
Исследования показали, что скорость движения влаги по воздуховоду круглого сечения больше, чем по другим, это видно на рисунке 7.
Предварительный эксперимент: определение основных конструктивно -технологических параметров воздухоосушителя.
Работоспособность всех элементов установки подтверждается, например, семью графиками температуры воздуха и стенок воздухоосушителя, данные которых фиксировались сразу на компьютере (см. рис. 8).
Рис.8. Графики зависимости температуры наружного воздуха и стенок воздухоосушителя от температуры воздушной смеси внутри воздухоосушителя
В ходе эксперимента были выявлены некоторые недостатки, но в целом установка работоспособна, после доработки установки планируем продолжить исследования в осеннее-зимний период 2012-2013 года.
0
с
10
20
30
40
50
60
70
80
90
00
Литература:
1. Бородин, И.Ф. Электротехнология в сельскохозяйственном производстве / И.Ф.Бородин // Электричество. - 1989. - №6.
2. Онегов, А.П. Гигиена сельскохозяйственных животных / А.П.Онегов, И.Ф.Храбутовский, В.И.Черных. - М.: Колос, 1984. - 400 с.
3. Шевелуха, В.С. Сельскохозяйственная биотехнология / В.С.Шевелуха, Е.А.Калашникова. -М.: Высшая школа, 1998. - 416 с.
Иванов Сергей Иванович, аспирант
Великолукская государственная сельскохозяйственная академия
Тел. 89113773902
E-mail: ivanov7891@mail.ru
Самарин Геннадий Николаевич, доктор технических наук, заведующий кафедрой
Тел. 89113673195
E-mail: samaringn@yandex.ru
The article describes the relevance and theoretical background for the development and use of air conditioning systems in the livestock and poultry premises with a de-humidifier operating with natural cooling.
Keywords: relative humidity, microclimate, dehumidifier, productivity, farm, natural cold.
УДК 636.002.51:628.8
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СЕМЕЙНЫХ ФЕРМ
Н.Н.Новиков Б.И.Назаров
Показаны особенности разработки системы машин для теплоснабжения сельских потребителей в условиях рыночной экономики. Новая система машин базируется на основе научно-обоснованных инновационных технологиях, маркетинговых исследованиях и мониторинге техники для теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей.
Приведен расчет сравнительной эффективности систем машин для теплоснабжения сельских потребителей на разных энергоносителях для негазифи-цированных регионов и выгонов.
Ключевые слова: система машин, теплоснабжение, сельские потребители, эффективность.
